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1.基于DOTS的大批量骨骼动画方案及实现

基于DOTS的大批量骨骼动画方案及实现

       本文主要探讨如何基于Unity的DOTS（Data-Oriented Technology Stack）实现大规模骨骼动画的高效绘制。传统Unity骨骼动画依赖于SkinnedMeshRenderer，然而其在绘制大批量角色时，GPU绘制效率不高，主要瓶颈在于CPU将绘制数据提交给GPU。SkinnedMeshRenderer不支持静态合批、OpenCL底层源码动态合批、GPU Instancing，导致无法有效解决此问题。

       已有方案如将动画烘焙为纹理并使用GPU Instancing来绘制骨骼动画，但这种方法存在局限性，如实现动画淡入淡出（Cross Fade）较为复杂且效率低下。而DOTS提供的解决方案虽在GitHub示例中已有提及，但其功能尚不完整，需要自行实现一套骨骼动画系统以满足项目需求。Unity Roadmap已经预告了Animator的开发，但具体发布时间尚不可知。

       本文基于官方的DOTS示例，构建了一个最小可用的磁力链接解析源码骨骼动画播放系统，并在项目中应用。系统源码使用Entities版本为1.0.，推荐使用Unity .3.5f1c1打开。以下为系统构建步骤。

       1. 骨骼动画基本原理

       回顾骨骼动画原理，程序实现时，所有骨骼初始位于模型坐标系原点，便于计算。每一帧AnimationClip保存对应骨骼的spring3.2源码变换矩阵，标记为[公式]。动画播放时，读取对应骨骼的变换矩阵与顶点初始坐标[公式]相乘，得到顶点最终坐标[公式]。

       若程序直接实现骨骼蒙皮动画，美术人员将反对，因所有骨骼置于模型坐标系原点，模型无法观看。因此，facebook的GitHub源码美术在模型制作软件中需正常摆放骨骼，初始姿势命名为BindPose，人型模型类似字母“T”，称为T-Pose。模型导出时需连同“从BindPose转换回局部空间的变换矩阵”一同输出。动画播放时，顶点位置需从“BindPose位置”变换至“相对于模型局部空间原点的位置”，再变换至“动画当前帧的位置”。

       2. 搭建Deformation底层

       本文基于Unity官方的精通黑客编程源码DOTS示例进行开发，首先移植示例代码。主要实现步骤包括：

       Deformation数据：通过Package Manager安装com.unity.entities.graphics包后，运行时自动为SkinnedMeshRenderer生成Entity。组件中重要的是SkinMatrix，用于存储当前帧蒙皮变换后的矩阵，通过PushSkinMatrixSystem提交到GPU。

       Deformation蒙皮数据烘焙：将SkinnedMeshRenderer数据烘焙成Entity可访问的组件数据。最终生成组件包括SkinMatrix、AnimationRequest（用于接收动画请求的DynamicBuffer）、BindPose逆矩阵等。

       Deformation骨骼数据初始化：在数据烘焙完成后，单独一个System初始化每根骨骼的Entity组件数据，包括SkinMatrix等。

       计算变换矩阵：准备数据后，通过CalculateSkinMatrixSystemBase计算最终变换矩阵。

       Shader：直接访问由CPU端传入的二进制byte数据，通过解析ByteAddressBuffer在Shader中使用SkinMatrix数据。实现GPU骨骼蒙皮算法。

       3. 动画控制

       实现动画播放器，包括以下功能：

       - 自定义动画格式：通过ScriptableObject定义SkinnedMeshAnimationClip，包含位置和缩放曲线、旋转曲线。

       - 动画控制逻辑：接收动画播放请求，加载动画片段数据，通过BakedCurve转化为运行时数据AnimationCurveCache，最终设置到骨骼上。

       4. 调用播放动画接口

       实现接口，通过两步操作让指定角色播放动画。利用Frame Debugger观察，+个角色只有一个Batch，实现了高效绘制。

       5. 总结

       本文构建的DOTS骨骼动画系统，在满足基本功能的基础上，实现了大规模骨骼动画的高效绘制。这套系统在DOTS中补充了基础系统，为使用DOTS制作3D游戏的开发者提供了基础设施，满足了特定项目需求。